Leistungsstarker Spannungswandler 12/5 Volt nach einfachem Schema. Schema, Beschreibung

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Leistungsstarker Spannungswandler 12/5 Volt nach einfachem Schema. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter

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Ein solcher Konverter kann erforderlich sein, um Hochstrom-5-Volt-Stromkreise aus einer Autobatterie zu versorgen und Lithiumbatterien daraus aufzuladen (dann muss die Ausgangsspannung auf 4 V reduziert werden); In der Version des Autors wird es verwendet, um einen externen Computer DVD-RW (USB) über eine Autobatterie mit Strom zu versorgen. Dieses Laufwerk selbst wird im Betrieb ziemlich heiß, sodass der Linearstabilisator-Chip einfach nicht gekühlt werden kann. Und Impulsgeneratoren sind für ihre Effizienz bekannt.

Der DD1-Chip enthält einen Spannungsvervielfacher und einen Taktgenerator (Abb. 1.10).

Reis. 1.10 (zum Vergrößern anklicken)

Der Multiplikator ist notwendig, da die Schaltung günstigere und häufigere n-Kanal-Feldeffekttransistoren verwendet. Um einen Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und induziertem Kanal (alle Transistoren der IRF-Serie gehören zu diesem Typ) vollständig auszuschalten, muss die Spannung an seinem Gate um 3...5 V über die Spannung angehoben werden Abfluss - hier kann man also nicht auf einen Multiplikator verzichten.

Der Multiplizierer ist aus den Elementen C3, VD1, VD2 und dem Filterkondensator C4 gemäß einer Standardschaltung aufgebaut. Um die Spannung zu begrenzen (sie kann bis zu 22 V ansteigen, und für eine 555-Mikroschaltung ist eine Spannung über 18 V gefährlich), wird der Widerstand R5 hinzugefügt. Dadurch beträgt die Spannung am Kondensator C4 etwa 17...18 V, dies reicht für den normalen Betrieb des Feldeffekttransistors und nicht für einen Ausfall der Mikroschaltung. Der Kondensator C3 kann entweder aus mehrschichtiger Keramik (in Form eines Parallelepipeds für die Oberflächenmontage) oder aus einer Folie bestehen, jedoch nicht aus Scheibenkeramik! Andernfalls steigt aufgrund des erheblichen Innenwiderstands des Kondensators die Spannung an C4 auch ohne Widerstand R15 nicht über 16...5 V und der Tastentransistor wird sehr heiß. Der Kondensator C4 kann für 16 V ausgelegt werden.

Der Pulsweitenmodulator selbst ist auf dem DD2-Timer montiert. Über den Kondensator C2 und den Transistor VT1 werden dem Eingang S des Timers sehr kurze Taktimpulse vom Generatorausgang zugeführt; je kürzer sie sind, desto besser (andernfalls kann es zu einer Erregung des Timerausgangs kommen). Eine Kapazität von 10 pF reicht völlig aus, sie kann sogar auf 5 pF reduziert werden.

Die Dauer der Ausgangsimpulse wird über den REF-Eingang (Pin 5 der Mikroschaltung) eingestellt. Die Dauer des Ausgangsimpulses ist gleich der Zeit, in der der Kondensator C5 von Null auf die Spannung an diesem Eingang aufgeladen wird, d. h. mit abnehmender REF-Spannung nimmt die Dauer der Impulse (und die Ausgangsspannung) ab; bei a Wenn die Spannung weniger als 1,5 V beträgt, wird sie Null.

Funktionsprinzip des Geräts

Der Spannungswandler ist nach der klassischen Schaltung auf einem Feldeffekttransistor VT2 und einer Induktivität L1 aufgebaut. Der Transistor VT3 wird als Flyback-Diode verwendet. Bei leistungsstarken Abwärtsimpulsgeneratoren ist es am besten, an dieser Stelle Transistoren einzubauen, da umgekehrt Der Strom ist fast gleich dem Durchlassstrom, und wenn der Spannungsabfall am Schlüsseltransistor ( VT2 laut Schaltung) leicht auf ein Minimum reduziert werden kann, ist bei Dioden alles viel komplizierter. Das Ergebnis ist ein Paradoxon: Der Schlüsseltransistor ist kalt, die Induktivität erwärmt sich kaum, aber die Diode ist wie ein Eisen! Aber je geringer die Erwärmung, desto höher ist der Wirkungsgrad des Kreislaufs und es gibt weniger Probleme bei der Wärmeabfuhr.

Der Transistor VT3 arbeitet dank des Inverters auf dem DD2-Chip gegenphasig zum Schlüsseltransistor VT3. Da die Flyback-Diode nicht die ganze Zeit geöffnet sein sollte, in der der Schlüsseltransistor im Leerlauf ist, sondern nur für kurze Zeit (andernfalls wird der Ausgang der Schaltung über die Induktivität kurzgeschlossen), unmittelbar nachdem der Schlüsseltransistor geschlossen ist (in diesem Zustand). Zeit, in der der Rücklaufstromimpuls die größte Amplitude aufweist), wird es zum Schaltungskondensator C6 und zur Feinabstimmung des Trimmwiderstands R8 hinzugefügt. In der restlichen Zeit arbeitet der Transistor VT3 dank der eingebauten leistungsstarken Schutzdiode zwischen den Drain- und Source-Anschlüssen als Diode. Das heißt, das Ersetzen der Diode durch einen Transistor wird die Sache definitiv nicht verschlimmern.

Der Spannungsstabilisator ist auf einer Zenerdiode VD3 und einem Transistor VT4 aufgebaut. Die Genauigkeit und Größe der Ausgangsspannung hängen nur von der Qualität und Stabilisierungsspannung der Zenerdiode ab. Er kann durch einen TL431-Chip ersetzt werden.

Die Drossel L1 kann von einem alten Funkpunkt auf den Transformatorrahmen gewickelt werden. Wir nehmen einen Draht mit einem Durchmesser von 1 mm (für einen Laststrom von bis zu 2 A) und wickeln ihn auf, bis der Rahmen gefüllt ist (ca. hundert Windungen). Da der Induktor mit Gleichstrom betrieben wird, ist zwischen den Platten ein dielektrischer Spalt erforderlich, das heißt, wir stecken alles hinein. W-förmige Platten in eine Richtung und zwischen sie und die „Stöcke“ legen wir 1-2 Lagen Zeitungspapier (oder Transformatorpapier, falls vorhanden) und verdichten das Ganze anschließend sehr gut. Sie können den Induktor auf einen Ferritring mit einem Durchmesser von ca. 30...40 mm wickeln, aber auch hier ist es besser, ihn zu schneiden und erneut zu kleben, oder einen speziellen geteilten Kern (Ferritbecher mit einem Durchmesser von 20...) zu nehmen. .30 mm und einer Höhe von 15...20 mm, ca. 50...80 Windungen).

Einrichtung

Wir bauen die Schaltung komplett zusammen, wir löten nicht nur die Transistoren VT2 und VT3. Wir schließen den Strom an, die Spannung an den Power-Pins DD2 sollte 4...6 V größer sein als die Versorgungsspannung; Wenn weniger vom Vorhandensein einer Erzeugung überzeugt ist (die Spannung am Ausgang des Generators sollte der Hälfte der Versorgungsspannung entsprechen), verringern wir den Widerstand des Widerstands R5. Wenn dies nicht hilft, installieren wir einen besseren Kondensator C3. Wenn die Versorgungsspannung DD2 größer als 18 V ist, erhöhen Sie den Widerstandswert von Widerstand R5. Danach löten wir beide Transistoren und reduzieren den Widerstand von R8 auf Null. Wir schließen eine leistungsstarke Last an den Ausgang an (empfohlen wird eine Autoglühbirne mit 12 V und 20 W) und liefern +12 V Strom über das angeschlossene Amperemeter. Wenn alles normal funktioniert, entspricht die Spannung an der Glühbirne ungefähr der Stabilisierungsspannung der Zenerdiode und der von der Schaltung verbrauchte Strom ist doppelt so hoch wie der Strom durch die Glühbirne (in der Version des Autors 0,5). A). Schalten Sie nun die Ladelampe aus. Die Ausgangsspannung sollte um nicht mehr als 0,2 bis 0,3 V ansteigen und die Spannung am REF DD2-Eingang sollte innerhalb von 0,8 bis 2,5 V relativ zur gemeinsamen Leitung liegen. Liegt sie nahe bei Null, sollte die Kapazität des Kondensators C5 um die Hälfte reduziert werden.

Schalten Sie die Last ein und aus: Der Induktor sollte kurz „klopfen“ (dieser Rückkopplungskreis verarbeitet eine starke Änderung des Laststroms), es sollte kein Pfeifen zu hören sein (Selbsterregung). Wenn es zu Aufregung kommt, sind die Spuren höchstwahrscheinlich falsch gezeichnet.

Danach können Sie mit der Einrichtung der „Smart Diode“ (VT3) beginnen. Drehen Sie den Schieber des Trimmwiderstands R8 langsam und der vom Stromkreis verbrauchte Strom (+12 V) beginnt um etwa 5 bis 10 % zu sinken. Dieser Strom wurde bisher ausschließlich für die Erwärmung des Körpers des VT3-Transistors aufgewendet. Aber irgendwann kann es zu einer Selbsterregung der Ausgangsstufe kommen – der von der Schaltung verbrauchte Strom steigt stark um das 2-3-fache an. Der R8-Motor muss an einer Stelle eingebaut werden, an der der Stromverbrauch gesunken ist, er ist aber noch lange nicht begeistert. Schalten Sie die Last aus und wieder ein, schalten Sie den Strom aus und wieder ein: Es darf keine Erregung des Ausgangs und kein Pfeifen im Gaspedal (auch nicht ein ganz kurzes!) zu hören sein. Ist dies nicht der Fall, müssen Sie den Widerstand von R8 leicht reduzieren und die Provokation wiederholen.

Dank dieser Schaltung zum Einschalten des VT3-Transistors erwärmt sich dieser zwar, ist aber deutlich schwächer als eine gute Schottky-Diode (KD213, 1N5822). Bei einem Laststrom von bis zu 1...1,5 A werden keine Heizkörper für beide Transistoren benötigt; bei einem Strom von bis zu 3 A müssen Sie eine kleine Kühlplatte an das VT3-Gehäuse schrauben (der KREN erwärmt sich mit). diese Kraft selbst bei einem Strom von 0,2 A).

Anstelle von 1RFZ46 gibt es in der Version des Autors ihre belarussischen Gegenstücke. KP723A mit einem Kanalwiderstand von 0,1 Ohm oder weniger, KT315-Transistoren können durch beliebige npn-Siliziumstrukturen ersetzt werden. Es empfiehlt sich, die Elektrolyte C7 und C8 aus mehreren parallel geschalteten kleineren Kondensatoren auszuwählen; parallel dazu können Sie ein paar Folien- oder Mehrschichtkeramikkondensatoren mit einer Kapazität von 0,1 µF oder mehr schalten.

Bei der Wiederholung der Schaltung muss besonders auf die Stromleitungen geachtet werden, alle Elemente und alle Leitungen müssen genau wie in der Abbildung angeschlossen werden! Sparen Sie nicht an Streichhölzern, sonst haben Sie Probleme beim Einrichten! Die in der Abbildung mit einer dickeren Linie gezeichneten Spuren sollten mindestens 1,5...2 mm dicker sein.

Autoren: Kashkarov A.P., Koldunov A.S.

Siehe andere Artikel Abschnitt Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter.

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